DE19612010C2 - Verfahren und Anlage zur Vorbehandlung von biogenen Reststoffen für die anaerobe Verarbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von biogenen Reststoffen, wie organischen Abfällen aus Kommu­ nen, Handel, Lebensmittel- und Futtermittelindustrie, Ein­ richtungen der Gemeinschaftsverpflegung, der Hotellerie, der Gastronomie, der Pharmazie und der Chemieindustrie für einen mehrstufigen Be- und Verarbeitungsprozeß und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren zur Aufbereitung von biogenen Reststoffen sind bekannt. So wird in der DE-PS 31 52 609 eine Anlage zur Verwertung von Hausmüll und anderen organischen Abfällen zur Gewinnung von Methangas beschrieben. Dazu werden die Stoffe vor dem Eintritt in die anaerobe Phase in der aero­ ben Vorphase zerkleinert. Der Anlagenteil für die aerobe Vorphase weist einen Mischbehälter zur Aufnahme der dosier­ ten Stoffe und von Flüssigkeit, sowie eine Zerkleinerungs­ einrichtung auf. Die Zerkleinerungseinrichtung besteht aus Grobzerkleinerer und Feinzerkleinerer. Mit dieser Anlage ist es jedoch nicht möglich, Lebensmittelabfälle ohne initiierende Zusätze zu verarbeiten. Deshalb werden Fäkali­ en, Gülle oder Klärschlamm zum Anmaischen zugegeben. Diese Handhabung ist im städtischen Bereich nicht zulässig, sondern kann nur in landwirtschaftlich dünn besiedelten Gebieten ökonomisch sinnvoll eingesetzt werden. Die Aufar­ beitung von Lebensmittelabfällen ohne Zusatzstoffe ist nach dem vorgenannten Verfahren nicht möglich, da der Aufschluß der zum Stoffwechsel der Mikroorganismen notwendigen Sub­ stanzen nicht in erforderlichen Mengen zur Verfügung steht.

Auch das in der DE-OS 42 26 087 beschriebene Verfahren, nämlich eine Feststoffhydrolyse, ist für die Verarbeitung von Lebensmittelabfällen nicht geeignet, da die Trennung der Abfälle in eine flüssige und eine feste Phase eine weitere Verarbeitung in einem Bioreaktor nicht zuläßt.

Des weiteren ist ein Verfahren zur Aufarbeitung von Lebens­ mittelabfällen aus der DE-GM 94 20 731 bekannt, bei dem die Lebensmittelabfälle mit einem Zerkleinerer zermahlen und ho­ mogenisiert, in einem Behälter hydrolysiert und anschlie­ ßend in einem Bioreaktor weiterverarbeitet werden.

Bei den bisher bekannten Verfahren macht die sehr unter­ schiedliche Zusammensetzung der biogenen Reststoffe bei der Hydrolyse große Schwierigkeiten. Durch die jeweils unter­ schiedliche Zusammensetzung an gelösten und ungelösten Bestandteilen läßt sich bei der Hydrolyse kein optimales Milieu und damit auch keine optimalen Bedingungen für die nachfolgende Methanisierung im Bioreaktor schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine leichte­ re und effektivere Durchführung der Hydrolyse als auch der nachfolgenden Bioreaktion aus den biogenen Reststoffen unterschiedlichster Zusammensetzung einen einheitlichen Ausgangsstoff, also ein neuer Rohstoff, zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß werden die von ihrer Zusammensetzung undefi­ nierten biogenen Reststoffe, wie organische Abfälle aus Handel, Lebensmittel- und Futtermittelindustrie, Einrichtun­ gen der Gemeinschaftsverpflegung, der Hotellerie, der Gastronomie, der Pharmazie und der Chemieindustrie in einem Grobzerkleinerungsreaktor, wie Shredder, Vibrator oder einer mit akustischen Impulsen arbeitenden Anlage vorzer­ kleinert. Aus dem Grobzerkleinerungsreaktor wird die Masse einem nachgeschalteten Hygienisator zugeführt. Hier werden die vorzerkleinerten biogenen Reststoffe bei einer Tempera­ tur von 70-130°C, vorzugsweise 70-100°C und insbeson­ dere bei 90°C unter weiterer Zerkleinerung behandelt. Bei der thermischen Behandlung in Kombination mit der mechani­ schen und chemischen Strukturzerstörung wird eine Verein­ heitlichung der anfallenden biogenen Reststoffe erreicht. Mit der Kombination von thermischer Behandlung und mechani­ scher, sowie chemischer Strukturzerstörung wird gleichzei­ tig die geforderte Hygienisierung des Ausgangsstoffes er­ reicht. Für die Feinzerkleinerung dienen im Hygienisator an­ geordnete akustische Vibratoren oder Homogenisatoren.

Die nach der Kombination von thermischer Behandlung und Feinzerkleinerung erhaltene Masse kann als neuer Stoff für die nachfolgende Hydrolyse und Biogasproduktion bezeichnet werden.

Die Behandlung im Hygienisator erfolgt diskontinuierlich. Während die kombinierte thermische Behandlung mit Struktur­ zerstörung in einem Hygienisator erfolgt, wird der andere entleert und wieder mit den grobzerkleinerten Reststoffen gefüllt.

Für eine Vereinheitlichung der Zusammensetzung der zu behandelnden Masse im Hygienisator kann das im Bioreaktor anfallende Prozeßwasser eingeschleust werden.

Nach Beendigung der thermischen Behandlung und Feinzerklei­ nerung werden vor dem Überpumpen des behandelten Inhalts aus dem Hygienisator die aufschwimmenden nichtbiogenen Stoffe mit einem Rechen abgeharkt und die sich am Boden an­ sammelnden nichtbiogenen Stoffe durch eine Schleuse am Boden des Behälters als Sumpf ausgeschleust. Der anfallende neue Rohstoff wird in einen Hydrolysebehälter überführt.

Der pH-Wert und die Feststoffkonzentration des neuen Roh­ stoffes im Hydrolysebehälter werden gemessen und auf einen für die nachfolgende Biogasproduktion günstigen pH-Wert, vorzugsweise sauren pH-Wert eingestellt. Dies geschieht durch Rückführung eines Teils des anfallenden Prozeßwassers aus dem Bioreaktor. Über das Verhältnis von zugeführtem Re­ aktionswasser aus der Bioreaktionsstufe zu zugeführter Menge aus den Hygienisatoren wird im Hydrolysebehälter die Feststoffkonzentration sowie der pH-Wert gesteuert.

Durch die Steuerung des pH-Wertes und der Feststoffkonzen­ tration im Hydrolysebehälter wird die Hydrolyse beschleu­ nigt. Dies erlaubt bei gleichen Verweilzeiten einen höheren Abbau bzw. bei gleichem Abbaugrad kleinere Reaktorgrößen, weil die Verweilzeiten kürzer sind.

Im Hydrolysebehälter sorgen Rührwerke für eine gleichblei­ bende Konsistenz und verhindern eine Schichtenbildung.

Die im Hygienisator entstehende Abluft mit einem relativ hohen Schwefelwasserstoffanteil wird gemeinsam mit der Abluft aus der Grobzerkleinerung und dem Hydrolysebehälter über Filter gereinigt. Als Filter werden regenierbare Filter mit einer Füllung aus Aktivkohle oder Molsieben verwendet.

Die Verfahrensführung, sowohl im Hygienisator als auch im Hydrolysator, geschieht in geschlossenen Behältern. Die eingesetzten Verfahrensparameter, wie z. B. die Kreislauffüh­ rung des Prozeßwassers und die angewendeten Temperaturen schaffen die Voraussetzung, daß der sonst übliche Anfall von Schwefelwasserstoff im Bioreaktor wesentlich verringert wird.

Im Bioreaktor wird das hydrolysierte und vorversäuerte Material unter anaeroben Bedingungen vergoren.

Das gesamte Verfahren, also die erfindungsgemäße Vorbehand­ lung der biogenen Reststoffe zu einem einheitlichen Einsatz­ produkt, als auch die Hydrolyse und anschließende Bioreakti­ on erfolgt in einem geschlossenen energieautarken Anlagensy­ stem. Das Verfahren erfolgt emissionsfrei und schafft eine umweltgerechte Verwertung von biogenen Reststoffen. Gegen­ über bekannten Aufbereitungsverfahren von biogenen Reststof­ fen wird durch die Kombination von thermischer Behandlung und mechanischer und chemischer Strukturzerstörung als Vorbehandlung und der optimalen pH-Werteinstellung eine kürzere Verweilzeit, eine höhere Abbaurate und eine Hygieni­ sierung erreicht.

Die Erfindung wird anhand der Figur an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert. Die Figur zeigt die komplette Anlage zur Aufbereitung der biogenen Reststoffe, bei der die erfindungsgemäße Vorbehandlung besonders herausgestellt wurde.

Die ankommenden biogenen Reststoffe werden in einem Spei­ cher 1 gesammelt. Über einen Förderer 2 erfolgt die Einspei­ sung in einen Vorzerkleinerer 3. Hier wird eine Grobzerklei­ nerung der biogeneren Reststoffe vorgenommen. Anschließend wird die grobzerkleinerte Masse zwei parallel geschalteten Hygienisatoren 4.1 und 4.2 zugeführt. In den Hygienisato­ ren 4.1, 4.2 sind Feinzerkleinerer 5 angeordnet. Mit den Feinzerkleinerern 5, zweckmäßigerweise Feinmühlen oder Homogenisatoren, erfolgt eine Zerkleinerung bis zu einer Teilchengröße von ca. 1 mm. Gleichzeitig erfolgt eine thermische Behandlung bei Temperaturen zwischen 70-130°C. Vorzugsweise wird in einem Temperaturbereich von 70-100°C gearbeitet. Insbesondere werden Temperaturen von 90°C benutzt. Für die Wärmeübertragung sind im Hygienisa­ tor 4.1, 4.2 Wärmetauscher 6 vorgesehen. Die Wärmetauscher 6 werden durch ausgeschleustes Reaktionswasser aus dem Bio­ reaktor oder durch Verbrennung des gewonnenen Biogases erwärmt. Anstelle der Wärmetauscher 6 können die Hygienisa­ toren 4.1, 4.2 auch eine doppelte Wandung für die Beheizung aufweisen.

Durch die Kombination von thermischer Behandlung und chemi­ scher sowie mechanischer Strukturzerstörung wird eine vollständige Vergleichmäßigung der eingesetzten aus unter­ schiedlichen Chargen stammenden biogenen Reststoffe er­ reicht. Schon hier kann die Einschleusung von Prozeßwasser 7 aus dem Bioreaktor 10 zwecks Einstellung eines optimalen pH-Wertes und Feststoffanteils für die nachfolgende Hydroly­ se und Bioreaktion erfolgen.

Nach einer mindestens 30minütigen Verweilzeit werden die nichtbiogenen Stoffe abgetrennt. Die aufschwimmenden nicht­ biogenen Stoffe werden abgefischt und die sich absetzenden nichtbiogenen Stoffe aus dem Sumpf abgelassen.

Der erhaltene erfindungsgemäße neue Rohstoff für die nach­ folgenden Prozesse, nämlich Hydrolyse und Bioreaktion wird in einen Hydrolysebehälter 8 abgepumpt. Im Hydrolysebehäl­ ter 8 erfolgt die Messung des pH-Wertes und der Feststoff­ konsistenz. Diese Parameter werden durch die Zugabe von Pro­ zeßwasser 7 aus dem Bioreaktor 10 auf für die Hydrolyse und Bioreaktion optimalen Werte eingestellt. Im Hydrolysebe­ hälter 8 sorgen Rühreinrichtungen 9 für eine gute Durchmi­ schung und verhindern gleichzeitig eine Schichtenbildung. Vom Hydrolysebehälter 8 wird der zu verarbeitende nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene neue Rohstoff der an sich bekannten Weiterbehandlung der Methanisierung im Biore­ aktor 10 zugeführt.

Die im Speicher 1, Vorzerkleinerer 3, Hygienisatoren 4.1 und 4.2, sowie dem Hydrolysebehälter 8 anfallenden Abgase werden gemeinsam in einem mit einer regenerierbaren Filter­ masse gefüllten Filter 11 gereinigt.

Claims (11)

1. Verfahren zur umweltgerechten Verwertung von biogenen Reststoffen, wie organischen Abfällen aus Handel, Le­ bensmittel- und Futtermittelindustrie, Einrichtungen der Gemeinschaftsverpflegung, der Hotellerie, der Ga­ stronomie, der Pharmazie und der Chemieindustrie dadurch gekennzeichnet, daß die biogenen Reststoffe in einem Grobzerkleinerer vorzerkleinert, in einem nachfolgenden Hygienisator einer thermischen Behandlung bei 70-130°C in Kombina­ tion mit einer mechanischen und chemischen Strukturzer­ störung über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten unterzogen werden und der erhaltene neue Rohstoff für die nachfolgende Hydrolyse und Methanisierung auf einen sauren pH-Wert und eine optimale Konsistenz eingeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung im Hygienisator bei Temperatu­ ren zwischen 70-100°C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die thermische Behandlung im Hygienisator bei einer Temperatur von 90°C erfolgt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des pH-Wer­ tes und der Konsistenz des neuen Rohstoffes im Hydroly­ sebehälter durch Zugabe von Prozeßwasser aus dem Biore­ aktor erfolgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung im Hygienisator chargenweise erfolgt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß im Hygienisator eine Fein­ zerkleinerung erfolgt.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der Abluft der Hygienisierungsstufe zusammen mit der Abluft der Hydrolysestufe, der Grobzerkleinerungsstufe und des Sammelbehälters über ein Abluftfilter erfolgt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß im Abluftfilter als Filter­ masse regenerierbare Aktivkohle oder Molsiebe einge­ setzt werden.

9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der der Vorbehandlungs­ stufe dienende Anlagenteil einen Grobzerkleinerer (1), mindestens 2 Hygienisatoren (4.1, 4.2,) mit integrier­ ten Feinzerkleinerern (5), einen Hydrolysebehälter (8) mit integriertem Rührwerk (9) und ein Abluftfilter (11) aufweist.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobzerkleinerer (2) ein Shredder ist.

11. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinzerkleinerer (5) ein Homogenisator ist.